DE19726286A1

DE19726286A1 - Thermally driven sorption cooling plant

Info

Publication number: DE19726286A1
Application number: DE19726286A
Authority: DE
Inventors: Kemal-Edip Yildirim; Thomas Maurer; Hitoshi Sakashita
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1998-01-02
Also published as: JPH109709A

Abstract

The plant has three pairs of containers where each has a low and a high temperature side, pipes with valves connecting the pairs. A first heat-carrying medium supplies the high temperature containers with thermal energy while one lower temperature one is being charged. A second heat-carrying medium cools the high temperature containers in a cooling phase and the low temperature containers during a charging phase. A third such medium transports the permanent cold energy from the low temperature containers during the cold phase. The low temperature containers run through a pre-cooling phase after the actual cold phase for the heat-carrying medium of the third circuit, which is afterwards cooled.

Description

Die Erfindung betrifft eine thermisch angetriebene Sorptionskälteanlage, die mindestens sechs Behälter hat.The invention relates to a thermally driven Sorption refrigeration system that has at least six containers.

Bestimmte Stoffpaare (Sorbens und Sorptiv/Sorbat, wie beispielsweise Metallhydrid/Wasserstoff Zeolith/Wasser LiBr/Wasser etc.) sind in der Lage, sich durch Sorptionsvorgänge miteinander zu verbinden und dabei Wärme freizusetzen, da die Beladung (Adsorption bzw. Absorbtion) exotherm verläuft. Für die Trennung (Exsorption, Desorption) dieser Stoffpaare muß dagegen in das System Wärme zugeführt werden, um den Sorbat aus dem Sorbens zu lösen.Certain substance pairs (sorbent and sorptive / sorbate, such as for example metal hydride / hydrogen zeolite / water LiBr / water etc.) are able to get through To combine sorption processes and heat to be released because the loading (adsorption or absorption) is exothermic. For separation (exsorption, desorption) these pairs of substances, however, must be fed into the system to release the sorbate from the sorbent.

Durch die Auswahl der Stoffpaare und durch die Änderung der stofflichen Zusammensetzung kann ein unterschiedlicher Arbeitstemperaturbereich erreicht werden, welcher auf den jeweiligen Anwendungszweck ausgelegt werden kann. Das Sorbens wird auf der Hochtemperaturseite und das Sorptiv auf der Niedertemperaturseite untergebracht. Befindet sich das Sorptiv in Gasform, kann es in einem zusätzlichen Sorbens mit entsprechendem Arbeitstemperaturbereich gebunden werden. Beispielsweise wird für das Stoffpaar Metallhydrid/Wasserstoff der Wasserstoff auf der Niedertemperaturseite in einem anderen Metallhydrid gebunden, das bei niedrigeren Temperaturen den Wasserstoff freisetzt.By selecting the material pairs and changing the material composition can be a different Working temperature range can be reached, which on the can be designed for each application. The sorbent is on the high temperature side and the sorptive on the Low temperature side housed. The sorptive is there in gaseous form, it can be used in an additional sorbent appropriate working temperature range. For example, metal hydride / hydrogen is used for the material pair the hydrogen on the low temperature side in another Metal hydride bound at lower temperatures Releases hydrogen.

Daher werden die Metallhydride anhand der Temperaturbereiche in Nieder-, Mittel- und Hochtemperaturmetallhydride eingeteilt. Aus der EP 0 131 869 B1 ist eine thermisch angetriebene Sorptionskälteanlage auf Basis von Metallhydrid/Wasserstoff bekannt. The metal hydrides are therefore based on the Temperature ranges in low, medium and High temperature metal hydrides classified. From EP 0 131 869 B1 is a thermally driven sorption refrigeration system based on known from metal hydride / hydrogen.

Fig. 13 zeigt eine thermisch angetriebene Metallhydrid-Sorptions kälteanlage. Die Kälteanlage umfaßt zwei Behälterpaare, wobei die beiden Behälter eines Behälterpaares jeweils mit einem Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Metallhydrid gefüllt sind. Die Behälter (HT1, NT1) und (HT2, NT2) eines jeden Behälterpaares sind jeweils durch eine Wasserstoffleitung 101, 102 miteinander verbunden, wobei der Wasserstofffluß mit den Ventilen VW1, VW2 gesperrt werden kann. Die Ventile werden gemäß der Tabelle in der Fig. 16 umgeschaltet. Die Behälter HT1, NT1, HT2, NT2 werden mit einem Wärmeträger (z. B. Wasser, Öl usw.) umspült. Im Behälter (HT1, HT2) befindet sich ein Hochtemperatur-Metallhydrid, dessen Temperatur-Druck-Charakteristik in Fig. 15 mit der Nummer 103 gezeigt wird. Im Behälter (NT1, NT2) befindet sich ein Niedertemperatur-Metallhydrid, dessen Temperatur-Druck-Charakteristik in Fig. 15 mit der Nummer 104 gezeigt wird. Fig. 13 shows a thermally driven metal hydride sorption refrigeration system. The refrigeration system comprises two pairs of containers, the two containers of a pair of containers each being filled with a low-temperature and high-temperature metal hydride. The containers (HT1, NT1) and (HT2, NT2) of each pair of containers are each connected to one another by a hydrogen line 101 , 102 , it being possible for the flow of hydrogen to be blocked with the valves VW1, VW2. The valves are switched according to the table in FIG. 16. The containers HT1, NT1, HT2, NT2 are washed around with a heat transfer medium (e.g. water, oil, etc.). In the container (HT1, HT2) there is a high-temperature metal hydride, the temperature-pressure characteristic of which is shown in FIG. 15 with the number 103 . In the container (NT1, NT2) there is a low-temperature metal hydride, the temperature-pressure characteristic of which is shown in FIG. 15 with the number 104 .

Ein Wärmeträgerkreis 110 zum thermischen Antrieb umfaßt eine Wärmquelle 111, eine Leitung 112 und eine Pumpe 113. Als thermischer Antrieb kommt neben der Abwärme aus thermischen Prozessen auch Autoabgas für die Autoklimaanlage in Frage. Entweder den Behälter HT1 oder den Behälter HT2 versorgt die Leitung 112 mit der thermischen Energie aus der Wärmequelle 111 gemäß den Positionen "a" oder "b" der Ventile VH1E, VH1A, VH2E, VH2A, um einen der Behälter HT1, HT2 zu erhitzen. Die Ventile werden gemäß der Tabelle in der Fig. 16 umgeschaltet. In der Leitung 112 fließt ein Wärmeträger (z. B. Wasser, Abgas usw.).A heat transfer circuit 110 for thermal drive comprises a heat source 111 , a line 112 and a pump 113 . In addition to the waste heat from thermal processes, car exhaust gas for the car air conditioning system can also be used as a thermal drive. Either container HT1 or container HT2 supplies line 112 with the thermal energy from heat source 111 according to positions "a" or "b" of valves VH1E, VH1A, VH2E, VH2A to heat one of containers HT1, HT2. The valves are switched according to the table in FIG. 16. A heat transfer medium (e.g. water, exhaust gas, etc.) flows in line 112 .

Ein Wärmeträgerkreis 120 zum Abkühlen der Hochtemperatur-Behälter umfaßt eine Leitung 121, eine Pumpe 122 und einen Kühler. Die Leitung 121 versorgt die Behälter HT1, HT2 mit dem Wärmeträger (z. B. Wasser usw.) gemäß den Positionen "a" oder "b" der Ventile VH1E, VH2A, VH2E, VH2A, um einen dieser Behälter abzukühlen. Die Ventile werden auch gemäß der Tabelle in der Fig. 16 umgeschaltet. A heat transfer circuit 120 for cooling the high-temperature containers comprises a line 121 , a pump 122 and a cooler. The line 121 supplies the containers HT1, HT2 with the heat transfer medium (e.g. water etc.) in accordance with the positions "a" or "b" of the valves VH1E, VH2A, VH2E, VH2A in order to cool one of these containers. The valves are also switched according to the table in FIG. 16.

Ein Wärmeträgerkreis 130 zur Kältenutzung umfaßt eine Leitung 131, eine Pumpe 132 und einen Wärmetauscher 133. Die Leitung 131 versorgt die Behälter NT1 oder NT2 mit dem Wärmeträger gemäß den Positionen "a" und "b" der Ventile VN1E, VN1A, VN2E, VN2A.A heat transfer circuit 130 for cold use comprises a line 131 , a pump 132 and a heat exchanger 133 . The line 131 supplies the containers NT1 or NT2 with the heat transfer medium in accordance with the positions "a" and "b" of the valves VN1E, VN1A, VN2E, VN2A.

Der Klimaraum 143 umfaßt ein Gebläse 141, ein Ventil 142 und einen Wärmetauscher 133.The climate space 143 comprises a blower 141 , a valve 142 and a heat exchanger 133 .

In jedem Behälter HT1, HT2, NT1 und NT2 gibt es mindestens zwei Kammern, die dicht gegen Gas und Flüssigkeit sind. In einer Kammer befindet sich Metallhydrid und in der anderen Kammer fließt der Wärmeträger des jeweiligen Kreislaufes durch.There are at least two in each container HT1, HT2, NT1 and NT2 Chambers that are tight against gas and liquid. In a Chamber is metal hydride and in the other chamber the heat transfer medium flows through the respective circuit.

Während das erste Behälterpaar HT1 und NT1 die Ladephase mit der anschließenden Abkühlung des Behälters HT1 durchläuft, befindet sich das zweite Behälterpaar HT2 und NT2 in der Kältephase. Haben beide Behälterpaare ihre jeweiligen Phasen durchlaufen, werden die Ventile umgeschaltet, so daß ein permanent, um 180° phasenverschobener Kühlluftstrom am Wärmetauscher erreicht werden kann.While the first pair of containers HT1 and NT1 are charging with subsequent cooling of the container HT1 the second pair of containers HT2 and NT2 in the cold phase. Once both pairs of containers have gone through their respective phases, the valves are switched so that a permanent, through 180 ° phase-shifted cooling air flow at the heat exchanger reached can be.

Im folgenden werden die Phasen 1 bis 4 beispielhaft für das Behälterpaar HT1 und NT1 dargestellt. Die Funktionen des zweiten Behälterpaares HT2 und NT2 an den Phasen 1 und 2 bzw. 3 und 4 sind genau dieselben wie die Funktion des ersten Behälterpaares HT1 und NT1 an den Phasen 3 und 4 bzw. 1 und 2. Fig. 17 zeigt tabellarisch die Funktion der Behälter in vier Phasen.In the following, phases 1 to 4 are exemplified for the HT1 and NT1 container pair. The functions of the second pair of containers HT2 and NT2 on phases 1 and 2 or 3 and 4 are exactly the same as the functions of the first pair of containers HT1 and NT1 on phases 3 and 4 or 1 and 2 . Fig. 17 shows in tabular form the function of the container into four phases.

Phase 1 (Fig. 13): Die Ladephase des Behälters NT1 erfolgt mit dem Hochheizen des Behälters HT1 und mit dem Abkühlen des Behälters NT1. Mit dem so freigesetzten Wasserstoff aus dem Behälter HT1 wird der Behälter NT1 geladen. Der Behälter HT1 ist im Exsorptionszustand. Fig. 18 zeigt die Temperaturverläufe vom Wärmeträger. Die Wärmeträgertemperatur TH1E beim Eingang des Behälters HT1 wird durch die Wärmequelle schnell bis auf 150°C erhitzt. Die Temperatur am Ausgang folgt der endothermen Wasserstofffreisetzung und wird gleich der Eingangstemperatur beim Druckausgleich der Behälterpaare HT1 und NT1. Währenddessen wird der Behälter NT1 mit einem Wärmeträger bei konstanter Temperatur von 35°C abgekühlt. Die Wärmeträgertemperatur am Ausgang des Behälters NT1 steigt schnell in Folge der exothermen Wasserstoffbindung bis zu 60°C an und nimmt mit der Beladung wieder auf 35°C ab.Phase 1 ( Fig. 13): The loading phase of the container NT1 takes place with the heating of the container HT1 and with the cooling of the container NT1. The container NT1 is loaded with the hydrogen released in this way from the container HT1. The container HT1 is in the state of absorption. Fig. 18 shows the temperature profiles of the heat carrier. The heat transfer medium temperature TH1E at the entrance of the HT1 tank is quickly heated up to 150 ° C by the heat source. The temperature at the outlet follows the endothermic release of hydrogen and becomes equal to the inlet temperature when the pressure in the tank pairs HT1 and NT1 is equalized. Meanwhile, the container NT1 is cooled with a heat transfer medium at a constant temperature of 35 ° C. The temperature of the heat transfer medium at the outlet of the NT1 tank rises rapidly as a result of the exothermic hydrogen bond up to 60 ° C and decreases again with the load to 35 ° C.

Phase 2 (Fig. 14): Nach der Beladung wird während der Phase 2 das zugehörige Wasserstoffventil VW1 geschlossen und der Behälter HT1, der nun durch das Umschalten der Ventile VH1E, VH1A mit dem Wärmeträger auf Umgebungstemperaturniveau umspült wird, abgekühlt. Der Behälter HT1 ist im Abkühlungszustand. Der mit dem Wasserstoff beladene Behälter NT1 bleibt im Wartezustand. Die Wärmeträgertemperatur TH1A am Ausgang des Behälters HT1 nähert sich bis zum Ende der Phase 2 der Eingangstemperatur TH1E an.Phase 2 ( Fig. 14): After loading, the associated hydrogen valve VW1 is closed during phase 2 and the container HT1, which is now flushed with the heat transfer medium to the ambient temperature level by switching the valves VH1E, VH1A. The container HT1 is in the cooling state. The container NT1 loaded with hydrogen remains in the waiting state. The heat transfer medium temperature TH1A at the outlet of the tank HT1 approaches the inlet temperature TH1E until the end of phase 2 .

Phase 3 & 4: Für die nun folgende Kältephase des Behälters NT1 werden die Ventile VN1E, VN1A umgeschaltet und das Wasserstoffventil VW1 geöffnet, wobei der Wasserstoff vom Behälter NT1 exsorbiert und dabei dem Wärmeträger Wärme entzogen wird. Der exsorbierte Wasserstoff wird vom Behälter HT1 absorbiert. Der Behälter HT1 ist im Absorptionszustand. Die Luft, die im Wärmetauscher 133 gekühlt wird, kann je nach Schalterstellung des Ventils 142 entweder als Frischluft aus der Umgebung oder als Umluft aus dem Klimaraum 143 entnommen werden. Die Wärmeträgertemperatur TH1A am Ausgang des Behälters HT1 steigt zeitweilig auf bis zu 75°C an, nähert sich aber bis zum Ende der Phase 3 wieder der Eingangstemperatur TH1E an. Die Wärmeträgertemperatur TN1A am Ausgang des Behälters HT1 nimmt zeitweilig bis auf 6°C ab, nähert sich aber wieder bis zum Ende der Phase 4 der Eingangstemperatur TN1E an.Phase 3 & 4: For the following cold phase of the container NT1, the valves VN1E, VN1A are switched over and the hydrogen valve VW1 is opened, the hydrogen being absorbed by the container NT1 and heat being removed from the heat carrier. The hydrogen absorbed is absorbed by the HT1 container. The container HT1 is in the absorption state. Depending on the switch position of the valve 142 , the air that is cooled in the heat exchanger 133 can either be taken as fresh air from the environment or as recirculated air from the climate space 143 . The heat transfer medium temperature TH1A at the outlet of the HT1 tank temporarily rises to 75 ° C, but approaches the inlet temperature TH1E again by the end of phase 3 . The heat transfer medium temperature TN1A at the outlet of the HT1 tank temporarily drops to 6 ° C, but approaches the inlet temperature TN1E again by the end of phase 4 .

Bei diesem konventionellen 4-Behältersystem gibt es folgende Nachteile, die die Kälteleistung der Anlage negativ beeinflussen:
Während der Absorption und Exsorption ist die Reaktionsgeschwindigkeit am Anfang am größten und nimmt mit der Zeit ab. Für die volle Ausnutzung der Energie muß eine lange Zyklusdauer in Kauf genommen werden. Da die Kälteleistung sowohl von der Energieausnutzung als auch von der Zeit abhängt, zeigt sie ein Maximum. Wird das System nach der Kälteleistung optimiert, bleibt ein Teil der Energie ungenutzt, was eine Verschlechterung des Wärmeverhältnisses (COP) bedeutet. Beispielsweise dauert es 422 Sekunden für die Kältephase (Phasen 3 und 4 für das zweite Paar), aber die Energie, die in der Zeit ausgenutzt werden kann, ist nur 78 Prozent der Gesamtenergie, wie Fig. 10 zeigt.This conventional 4-tank system has the following disadvantages that have a negative impact on the refrigeration capacity of the system:
During absorption and exhaustion, the rate of reaction is greatest at the beginning and decreases over time. A long cycle time must be accepted for the full utilization of the energy. Since the cooling capacity depends on both the energy utilization and the time, it shows a maximum. If the system is optimized according to the cooling capacity, some of the energy remains unused, which means a deterioration in the heat ratio (COP). For example, it takes 422 seconds for the cold phase (phases 3 and 4 for the second pair), but the energy that can be used in the time is only 78 percent of the total energy, as shown in FIG. 10.

Nach der Beladung des Niedertemperatur-Behälters (Phase 1 für das erste Paar) muß der Hochtemperatur-Behälter abgekühlt werden (Phase 2 für das erste Paar). Da die Kältephase (Phase 1 und 2 für das zweite Paar) nicht wesentlich länger als die Ladephase (Phase 1 für das erste Paar) ist, befindet sich das System während der Abkühlung des Hochtemperatur-Behälters (Phase 2 für das erste Paar) zum Teil in einem Wartezustand. Das kostet Zeit und verschlechtert damit die Kälteleistung. Außerdem wird in dieser Abkühlungsphase (Phase 2 für das erste Paar) die Abwärmenergie nicht genutzt.After loading the low-temperature container (phase 1 for the first pair), the high-temperature container must be cooled down (phase 2 for the first pair). Since the cooling phase (phases 1 and 2 for the second pair) is not significantly longer than the charging phase (phase 1 for the first pair), the system is partially in the process of cooling the high-temperature container (phase 2 for the first pair) in a waiting state. This takes time and worsens the cooling capacity. In addition, the waste heat energy is not used in this cooling phase (phase 2 for the first pair).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine thermisch angetriebene Metallhydrid-Sorptionskälteanlage so zu verbessern, daß die oben herausgestellten Nachteile überwunden werden können und eine höhere Energieleistung erreicht werden kann.The invention is therefore based on the object of a thermal powered metal hydride sorption refrigeration system so that the disadvantages outlined above can be overcome and higher energy output can be achieved.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird eine thermisch angetriebene Sorptionskälteanlage geschaffen, in der drei Behälterpaare (HT1, NT1, HT2, NT2, HT3, NT3) eingesetzt werden. Die Niedertemperaturbehälter (NTx) durchlaufen eine Vorkühlungsphase nach der eigentlich Kältephase. Damit wird der Wärmeträger eines dritten Wärmeträgerkreises vorgekühlt, der danach in einem anderen Niedertemperaturbehälter (NTx) gekühlt wird. Die Hochtemperaturbehälter (HTx), die für die Ladephase der zugehörigen Niedertemperaturbehälter erhitzt werden, durchlaufen eine Vorerhitzungsphase vor der eigentlichen Ladephase. Damit wird es möglich, dem Wärmeträger eines ersten Wärmeträgerkreises viel thermische Energie zu entziehen.To solve this task, a thermally driven one Sorption refrigeration system created in which three pairs of containers (HT1, NT1, HT2, NT2, HT3, NT3) can be used. The Low temperature containers (NTx) go through a pre-cooling phase after the actual cold phase. So that the heat transfer medium is one third heat transfer circuit pre-cooled, which then in one other low temperature container (NTx) is cooled. The High temperature container (HTx) that is used for the charging phase of the associated low-temperature container are heated a pre-heating phase before the actual loading phase. In order to it becomes possible for the heat transfer medium of a first heat transfer circuit withdraw a lot of thermal energy.

Ferner wird eine thermisch angetriebene Sorptionskälteanlage geschaffen, in der der Wechsel von der Ladephase zur Abkühlungsphase erfolgt, wenn sich ein Temperaturunterschied zwischen der Wärmeträgertemperatur am Ausgang und Eingang des Niedertemperaturbehälters einstellt, der kleiner/gleich einer vorgegebenen Differenz ist.Furthermore, a thermally driven sorption refrigeration system created in which the change from the loading phase to the Cooling phase occurs when there is a temperature difference between the heat carrier temperature at the outlet and inlet of the Low temperature container sets, the less than / equal to one predetermined difference.

Ferner wird eine thermisch angetriebene Sorptionskälteanlage geschaffen, in der der Wechsel von der Abkühlungsphase zur Kältephase erfolgt, wenn die Wärmeträgertemperatur am Ausgang des Hochtemperaturbehälters kleiner/gleich einer vorgegebenen Temperatur (THc) ist.Furthermore, a thermally driven sorption refrigeration system created in which the change from the cooling phase to Cold phase occurs when the heat transfer temperature at the exit of the high-temperature container is less than or equal to a specified one Temperature (THc).

Ferner wird eine thermisch angetriebene Metallhydrid-Sorptionskälteanlage geschaffen, in der der Wechsel von der Vorkühlphase zur Ladephase erfolgt, wenn sich ein Temperaturunterschied zwischen der Wärmeträgertemperatur am Ausgang und Eingang des Niedertemperaturbehälters einstellt, der kleiner/gleich einer vorgegebenen Differenz ist.Furthermore, a thermally driven metal hydride sorption refrigeration system created in which the change from the Pre-cooling phase to charging phase takes place when there is a Temperature difference between the heat carrier temperature on Sets the output and input of the low temperature container that is less than or equal to a predetermined difference.

Weitere Ziele wie auch die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichen Bezug nehmenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels für den Erfindungsgegenstand deutlich.Other objects as well as the features and advantages of the invention are made from the following, referring to the signs Description of the preferred embodiment for the Subject of the invention clearly.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Sorptionskälteanlage gemäß der Erfindung; Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a sorption refrigeration system according to the invention.

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 mit anderem Phasenzustand; FIG. 2 shows a representation similar to FIG. 1 with a different phase state;

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 mit anderem Phasenzustand; FIG. 3 shows a representation similar to FIG. 1 with a different phase state;

Fig. 4 eine Tabelle der Schalterstellung der Wärmeträgerventile gemäß den Phasen; Fig. 4 is a table of the switch position of the heat transfer valves in accordance with the phases;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Behälters in Fig. 1; Fig. 5 is a sectional view of a container in Fig. 1;

Fig. 6 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen der Temperatur und dem Druck (Van′t Hoff-Linien der Metallhydrid); Fig. 6 is a graph showing relationships between temperature and pressure (Van't Hoff lines of metal hydride);

Fig. 7 eine Tabelle der Phaseneinteilung der Behälter; Fig. 7 is a table showing the phasing of the containers;

Fig. 8 graphische Darstellungen des zeitlichen Temperaturverlaufs mit den Temperatur-Zeitpunkten für den Phasenwechsel; Fig. 8 is graphic representations of the temperature history of the temperature-time points for the phase change;

Fig. 9 eine Tabelle der Schließphase der Wasserstoffventile; Fig. 9 is a table of the closing phase of the valves hydrogen;

Fig. 10 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen der Zeit und der relativen Energie (Energieausnutzung); Fig. 10 is a graph showing relationships between time and relative energy (energy utilization);

Fig. 11 graphische Darstellungen der Abgasausnutzung über den Gesamtzyklus nach dem Stand der Technik; FIG. 11 is graphs showing the exhaust gas utilization of the overall cycle of the prior art;

Fig. 12 graphische Darstellungen der Abgasausnutzung über den Gesamtzyklus gemäß der Erfindung; FIG. 12 is graphs showing the exhaust gas utilization of the overall cycle according to the invention;

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Sorptionskälteanlage nach dem Stand der Technik; Fig. 13 is a schematic representation of a sorption refrigeration system according to the prior art;

Fig. 14 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 13 mit anderem Phasenzustand; FIG. 14 shows a representation similar to FIG. 13 with a different phase state;

Fig. 15 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen der Temperatur und dem Druck (Van′t Hoff-Linien der Metallhydrid); Figure 15 is a graph showing relationships between temperature and pressure (Van't Hoff lines of metal hydride).

Fig. 16 eine Tabelle der Schaltstellung der Wärmeträgerventile gemäß den Phasen nach dem Stand der Technik; FIG. 16 is a table of the switching position of the heat transfer valves according to the phases of the prior art;

Fig. 17 eine Tabelle der Phaseneinteilung der Behälter nach dem Stand der Technik; Figure 17 is a table showing the phasing of the container according to the prior art.

Fig. 18 graphische Darstellungen des zeitlichen Temperaturverlauf mit den Temperatur-Zeitpunkten für den Phasenwechsel nach dem Stand der Technik. Fig. 18 are graphical representations of the time temperature curve with the temperature-time points for the phase change according to the state of the art.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die thermisch angetriebene Metallhydrid-Sorptionskälteanlage umfaßt drei Behälterpaare, wobei die Behälter eines jeden Behälterpaares mit je einem Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Metallhydrid gefüllt sind. D. h. es gibt 6 Behälter. Die Behälter eines jeden Behälterpaars (HT1, NT1), (HT2, NT2) und (HT3, NT3) sind jeweils durch eine Wasserstoffleitung 11, 12 und 13 miteinander verbunden und der Wasserstofffluß kann mit den Wasserstoffventilen VW1, VW2 und VW3 gesperrt werden. Die Ventile werden gemäß der Tabelle in der Fig. 9 umgeschaltet. Die Behälter HT1, NT1, HT2, NT2, HT3 und NT3 werden mit einem Wärmeträger (z. B. Wasser, Öl usw.) umspült. Im Behälter (HT1, HT2 und HT3) befindet sich ein Hochtemperatur-Metall hydrid, dessen Temperatur-Druck-Charakteristik in Fig. 15 mit der Nummer 103 gezeigt wird. Im Behälter (NT1, NT2 und NT3) befindet sich ein Niedertemperatur-Metallhydrid, dessen Temperatur-Druck-Charakteristik in Fig. 15 mit der Nummer 104 gezeigt wird. Fig. 1 shows an embodiment of the invention. The thermally driven metal hydride sorption refrigeration system comprises three pairs of containers, the containers of each pair of containers being filled with a low-temperature and high-temperature metal hydride. That is, there are 6 containers. The containers of each container pair (HT1, NT1), (HT2, NT2) and (HT3, NT3) are each connected by a hydrogen line 11 , 12 and 13 and the hydrogen flow can be blocked with the hydrogen valves VW1, VW2 and VW3. The valves are switched according to the table in FIG. 9. The containers HT1, NT1, HT2, NT2, HT3 and NT3 are washed around with a heat transfer medium (e.g. water, oil, etc.). In the container (HT1, HT2 and HT3) there is a high-temperature metal hydride, the temperature-pressure characteristic of which is shown in FIG. 15 with the number 103 . In the container (NT1, NT2 and NT3) there is a low-temperature metal hydride, the temperature-pressure characteristic of which is shown in FIG. 15 with the number 104 .

Ein Wärmeträgerkreis (erstes Wärmeträgermittel) 17 zum thermischen Antrieb umfaßt eine Leitung 14, eine Pumpe 15 und eine Wärmequelle 16. Als thermischer Antrieb kommt neben der Abwärme aus thermischen Prozessen auch Autoabgas für die Autoklimaanlage in Frage. Die Leitung 14 kann kein geschlossener Kreis sein. Wenn der thermische Antrieb beispielsweise Autoabgas ist, kann die Leitung 14 ein Teil der Abgasleitung sein. Die Leitung 14 versorgt die Behälter HT1, HT2 und HT3 mit der thermischen Energie aus der Wärmequelle 16 gemäß den Positionen "a", "b" oder "c" der Wärmeträgerventile VH1E, VH1A, VH2E, VH2A und VH3E, VH3A, um einen der Behälter HT1, HT2 oder HT3 zu erhitzen. Die Ventile werden gemäß der Tabelle in der Fig. 4 umgeschaltet. In der Leitung 14 fließt eine Wärmeträger (z. B. Wasser, Abgas usw.).A heat transfer circuit (first heat transfer medium) 17 for the thermal drive comprises a line 14 , a pump 15 and a heat source 16 . In addition to the waste heat from thermal processes, car exhaust gas for the car air conditioning system can also be used as a thermal drive. Line 14 cannot be a closed circuit. If the thermal drive is auto exhaust, for example, line 14 may be part of the exhaust line. The line 14 supplies the containers HT1, HT2 and HT3 with the thermal energy from the heat source 16 in accordance with the positions "a", "b" or "c" of the heat transfer valves VH1E, VH1A, VH2E, VH2A and VH3E, VH3A, to one of the Heat containers HT1, HT2 or HT3. The valves are switched according to the table in FIG. 4. A heat transfer medium (e.g. water, exhaust gas, etc.) flows in line 14 .

Ein Wärmeträgerkreis (zweites Wärmeträgermittel) 24 zum Abkühlen der Hochtemperatur-Behälter umfaßt eine Leitung 21, eine Pumpe 22 und einen Kühler. Die Leitung 21 versorgt die Behälter HT1, HT2 und HT3 mit dem Wärmeträger (z. B. Wasser usw.) gemäß den Positionen "a", "b" oder "c" der Ventile VH1E, VH1A, VH2E, VH2A und VH3E, VH3A, um einen der Behälter HT1, HT2 oder HT3 abzukühlen. Die Leitung 21 versorgt auch die Behälter NT1, NT2 und NT3 mit dem Wärmeträger gemäß den Positionen "a", "b" oder "c" der Wärmeträgerventile VN1E, VN1A, VN2E, VN2A und VN3E, VN3A, um einen der Behälter NT1, NT2 oder NT3 abzukühlen. Die Ventile werden auch gemäß der Tabelle in der Fig. 4 umgeschaltet.A heat transfer circuit (second heat transfer medium) 24 for cooling the high-temperature containers comprises a line 21 , a pump 22 and a cooler. The line 21 supplies the containers HT1, HT2 and HT3 with the heat transfer medium (eg water etc.) according to the positions "a", "b" or "c" of the valves VH1E, VH1A, VH2E, VH2A and VH3E, VH3A to cool down one of the HT1, HT2 or HT3 containers. The line 21 also supplies the tanks NT1, NT2 and NT3 with the heat transfer medium according to the positions "a", "b" or "c" of the heat transfer valves VN1E, VN1A, VN2E, VN2A and VN3E, VN3A, around one of the tanks NT1, NT2 or cool down NT3. The valves are also switched according to the table in FIG. 4.

Ein Wärmeträgerkreis (drittes Wärmeträgermittel) 34 zur Kältenutzung umfaßt eine Leitung 31, eine Pumpe 32 und einen Wärmetauscher 33. Die Leitung 31 versorgt die Behälter NT1, NT2 und NT3 mit dem Wärmeträger gemäß den Positionen "a", "b" oder "c" der Ventile VN1E, VN1A, VN2E, VN2A und VN3E, VN3A. Der Klimaraum 36 umfaßt ein Gebläse 35, ein Ventil 37 und einen Wärmetauscher 33.A heat transfer circuit (third heat transfer medium) 34 for cold use comprises a line 31 , a pump 32 and a heat exchanger 33 . The line 31 supplies the containers NT1, NT2 and NT3 with the heat transfer medium according to the positions "a", "b" or "c" of the valves VN1E, VN1A, VN2E, VN2A and VN3E, VN3A. The climate space 36 comprises a blower 35 , a valve 37 and a heat exchanger 33 .

Fig. 5 zeigt den Behälter, der mindestens zwei Kammern 41 und 42 umfaßt. Jede Kammer 41 oder 42 ist dicht gegen Gas und Flüssigkeit. Hochtemperatur- bzw. Niedertemperatur-Metallhydrid ist in der Kammer 41 enthalten. Der Wasserstoff fließt zwischen den Behältern durch die Leitungen 46 und 47. Die Wasserstoffzufuhr zur Metallhydridschüttung erfolgt durch eine zentrales Sintermetallrohr 50 und zusätzlich über ein Edelstahlvlies 51, das sich am äußeren Umfang der Metallhydridschüttung befindet. Der Ein- und Ausgang des Wärmeträgers im Behälter erfolgt über die Leitungen 48 und 49 sowie Verteiler 43 und 44. Fig. 5 shows the container comprising at least two chambers 41 and 42 . Each chamber 41 or 42 is gas and liquid tight. High temperature or low temperature metal hydride is contained in the chamber 41 . The hydrogen flows between the tanks through lines 46 and 47 . The hydrogen supply to the metal hydride bed takes place through a central sintered metal tube 50 and additionally via a stainless steel fleece 51 , which is located on the outer circumference of the metal hydride bed. The heat transfer medium enters and exits the tank via lines 48 and 49 and distributors 43 and 44 .

Die Wärmetemperaturen am Ausgang der jeweiligen Behälter HT1, HT2 und HT3 bzw. NT1, NT2 und NT3 werden mit den Thermoelementen TH1A, TH2A und TH3A bzw. TN1A, TN2A und TN3A ermittelt. Die Wärmetemperaturen am Eingang der jeweiligen Behälter HT1, HT2 und HT3 bzw. NT1, NT2 und NT3 werden mit den Thermoelementen TH1E, TH2E und TH3E bzw. TN1E, TN2E und TN3E ermittelt. Thermoelement TU mißt die Umgebungstemperatur und Thermoelement Tkabin mißt die Temperatur im Klimaraum.The heat temperatures at the outlet of the respective HT1 tanks, HT2 and HT3 or NT1, NT2 and NT3 are with the thermocouples TH1A, TH2A and TH3A or TN1A, TN2A and TN3A determined. The Heat temperatures at the entrance to the respective tanks HT1, HT2 and HT3 or NT1, NT2 and NT3 are with the thermocouples TH1E, TH2E and TH3E or TN1E, TN2E and TN3E determined. Thermocouple TU measures the ambient temperature and thermocouple Tkabin measures the temperature in the climate room.

Im Vergleich zum 4-Behältersystem (Stand der Technik) wird das 6-Behältersystem mit fünf Phasen erweitert. Wie Fig. 7 zeigt, gibt es insgesamt neun Phasen für die Kälteanlage der Erfindung. Die Funktionen des zweiten Behälterpaars HT2, NT2 in den Phasen 4 bis 9 bzw. 1 bis 3 sind genau dieselben wie die Funktionen des ersten Behälterpaars HT1, NT1 in den Phasen 1 bis 9. Die Funktionen des dritten Behälterpaars HT3, NT3 in den Phasen 7 bis 9 bzw. 1 bis 6 sind genau dieselben wie die Funktionen des ersten Behälterpaares HT1, NT1 in den Phasen 1 bis 9.Compared to the 4-tank system (prior art), the 6-tank system is expanded with five phases. As shown in Fig. 7, there are a total of nine phases for the refrigeration system of the invention. The functions of the second container pair HT2, NT2 in phases 4 to 9 and 1 to 3 are exactly the same as the functions of the first container pair HT1, NT1 in phases 1 to 9 . The functions of the third container pair HT3, NT3 in phases 7 to 9 and 1 to 6 are exactly the same as the functions of the first container pair HT1, NT1 in phases 1 to 9 .

Haben alle drei Behälterpaare ihre jeweiligen Phasen durchlaufen, werden Ventile umgeschaltet und es kann ein permanenter, um 120° phasenverschobener, Kühlluftstrom am Wärmetauscher 33 erreicht werden. Im folgenden werden die Phasen 1 bis 9 beispielshaft für das erste Behälterpaar HT1, NT1 dargestellt. Die Schaltstellungen der Ventile VH1E, VH1A, VH2E, VH2A, VH3E, VH3A, VN1E, VN1A, VN2E, VN2A, VN3E, VN3A, VW1, VW2 und VW3 sind für alle Phasen 1 bis 9 in Fig. 4 bis 9 tabellarisch gegeben.Once all three pairs of containers have passed their respective phases, valves are switched over and a permanent cooling air flow at the heat exchanger 33 can be achieved which is 120 ° out of phase. In the following, phases 1 to 9 are shown as examples for the first pair of containers HT1, NT1. The switching positions of the valves VH1E, VH1A, VH2E, VH2A, VH3E, VH3A, VN1E, VN1A, VN2E, VN2A, VN3E, VN3A, VW1, VW2 and VW3 are given in a table for all phases 1 to 9 in FIGS. 4 to 9.

Ladephasen 7 bis 9 und 1 des Behälters NT1 (Fig. 1): Die Ladephase des Behälters NT1 erfolgt mit dem Hochheizen des Behälters HT1 und mit dem Abkühlen des Behälters NT1. Mit dem so freigesetzten Wasserstoff aus dem Behälter HT1 wird der Behälter NT1 geladen. Der Behälter HT1 ist im Vorerhitzungszustand in der Phase 7 und im Exsorptionszustand in den Phasen 8, 9 und 1. In der Phase 7 wird der Behälter HT1 mit der Restenergie des Wärmeträgers vorerhitzt, der davor den Behälter HT3 geheizt hat. Der Wärmeträger fließt durch die Leitung 14. Die Vorerhitzung des Behälters HT1 in der Phase 7 entspricht der des Behälters HT2 in der Phase 1, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Gemäß der Schalterstellung der Ventile in der Tabelle in Fig. 4 verbindet die Leitung 14 in den Phasen 8, 9 und 1 den Behälter HT1 mit der Wärmequelle unmittelbar, um ihn zu erhitzen. Während der Wärmeträger in den Phasen 8 und 9 mit Hilfe der Pumpe direkt zur Wärmequelle zurück gefördert wird, durchfließt er in der Phase 1 zusätzlich den Behälter HT2 und heizt ihn vor, gemaß der Ventilstellung der Tabelle in Fig. 4. Die Zustände des Behälters HT1 in den Phasen 8 und 9 entsprechen denen des Behälters HT2 in den Phasen 3 und 4, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Loading phases 7 to 9 and 1 of the container NT1 ( FIG. 1): The loading phase of the container NT1 takes place with the heating of the container HT1 and with the cooling of the container NT1. The container NT1 is loaded with the hydrogen released in this way from the container HT1. The container HT1 is in the preheating state in phase 7 and in the exhaustion state in phases 8 , 9 and 1 . In phase 7 , the container HT1 is preheated with the residual energy of the heat transfer medium which previously heated the container HT3. The heat transfer medium flows through line 14 . The preheating of the container HT1 in phase 7 corresponds to that of the container HT2 in phase 1 , as shown in FIG. 1. According to the switch position of the valves in the table in Fig. 4, the line 14 in phases 8 , 9 and 1 directly connects the container HT1 to the heat source in order to heat it. While the heat transfer medium is conveyed back to the heat source in phases 8 and 9 by means of the pump, in phase 1 it additionally flows through the tank HT2 and preheats it, according to the valve position in the table in FIG. 4. The states of the tank HT1 in phases 8 and 9 correspond to those of the container HT2 in phases 3 and 4 , as shown in FIG. 2.

Fig. 8 zeigt die Temperaturverläufe des Wärmeträgers. Die Wärmeträgertemperatur TH1A am Ausgang des Behälters HT1 ist ca. 53°C am Anfang der Phase 7 und steigt schnell bis auf 150°C während der ersten Hälfte der Phase 9 an. Die Wärmeträgertemperatur TN1A am Ausgang des Behälters NT1 ist ca. 34°C am Anfang der Phase 7 und steigt zeitweilig bis auf 58°C zum Ende der Phase 8 an und nimmt bis auf 37.5°C zum Ende der Phase 1 wieder ab. Fig. 8 shows the temperature profiles of the heat carrier. The heat transfer medium temperature TH1A at the outlet of the container HT1 is approx. 53 ° C at the beginning of phase 7 and quickly rises to 150 ° C during the first half of phase 9 . The heat transfer medium temperature TN1A at the outlet of the container NT1 is approx. 34 ° C at the beginning of phase 7 and temporarily rises to 58 ° C at the end of phase 8 and decreases again to 37.5 ° C at the end of phase 1 .

Abkühlungsphase 2 des Behälters HT1 (Fig. 2): Nach der Beladung des Behälters NT1 wird das Wasserstoffventil VW1 während der Phase 2 geschlossen und der Behälter HT1, der nun durch das Umschalten der Ventile VH1E, VH1A mit dem Wärmeträger auf Umgebungstemperaturniveau umspült wird, abgekühlt. Der Behälter HT1 ist im Abkühlungszustand. Der Behälter NT1 ist im Wartezustand mit der Wasserstoffbeladung. Die Wärmeträgertemperatur TH1A am Ausgang des Behälters HT1 fällt von ca. 150°C zum Ende der Phase 2 bis auf 100°C ab.Cooling phase 2 of the container HT1 ( Fig. 2): After loading the container NT1, the hydrogen valve VW1 is closed during phase 2 and the container HT1, which is now flushed with the heat transfer medium to the ambient temperature level by switching the valves VH1E, VH1A . The container HT1 is in the cooling state. The container NT1 is in the waiting state with the hydrogen load. The heat transfer temperature TH1A at the outlet of the HT1 tank drops from approx. 150 ° C to the end of phase 2 to 100 ° C.

Kältephasen 3 bis 5 des Behälters NT1 (Fig. 3): Für die nun folgende Kältephase des Behälters NT1 werden die Ventile VN1E, VN1A und VN3A umgeschaltet und das Wasserstoffventil VW1 geöffnet, wobei der Wasserstoff vom Behälter NT1 exsorbiert und dabei thermische Energie dem Wärmeträger entzogen wird. Der exsorbierte Wasserstoff wird vom Hochtemperatur-Metallhydrid im Behälter HT1 absorbiert. Der Behälter HT1 ist im Absorptionszustand. Die Luft, die im Wärmetauscher 33 durch den Wärmeträger gekühlt wird, kann je nach Schalterstellung des Ventils 37 entweder als Frischluft aus der Umgebung oder als Umluft aus dem Klimaraum 37 entnommen werden. Die Leitung 31 versorgt in der Phase 3 den Behälter NT1 mit dem Wärmeträger, der schon durch den Behälter NT3 geflossen und dabei vorgekühlt ist, wie in Fig. 3 zu sehen ist. In den Phasen 4 und 5 wird der Wärmeträger entsprechend der Schalterstellung der Ventile VN1E und VN3E, VN3A nur durch den Behälter NT1 gekühlt und mit Hilfe der Pumpe 32 direkt zum Wärmetauscher 33 gefördert. Die Kältephasen 4 und 5 des Behälters NT3 entsprechen denen des Behälters NT3 in Kältephasen 9 und 1, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist.Cold phases 3 to 5 of the container NT1 ( FIG. 3): For the cold phase of the container NT1 that follows, the valves VN1E, VN1A and VN3A are switched over and the hydrogen valve VW1 is opened, the hydrogen being absorbed by the container NT1 and thereby removing thermal energy from the heat transfer medium becomes. The absorbed hydrogen is absorbed by the high-temperature metal hydride in the HT1 container. The container HT1 is in the absorption state. The air, which is cooled in the heat exchanger 33 by the heat transfer medium, can be taken either as fresh air from the environment or as recirculated air from the climate space 37 , depending on the switch position of the valve 37 . In phase 3, the line 31 supplies the container NT1 with the heat transfer medium which has already flowed through the container NT3 and has been pre-cooled, as can be seen in FIG. 3. In phases 4 and 5 , the heat transfer medium is only cooled by the container NT1 in accordance with the switch position of the valves VN1E and VN3E, VN3A and conveyed directly to the heat exchanger 33 with the aid of the pump 32 . The cold phases 4 and 5 of the container NT3 correspond to those of the container NT3 in cold phases 9 and 1 , as shown in FIGS. 1 and 2.

Die Wärmeträgertemperatur TH1A am Ausgang des Behälters HT1 beträgt ca. 100°C am Anfang der Phase 3 und nimmt bis auf 55°C zum Ende dieser Phase ab. Die Wärmeträgertemperatur TN1A am Ausgang des Behälters NT1 ist ca. 35°C am Anfang der Phase 3 und nimmt zeitweilig bis auf 22°C ab und steigt wieder langsam bis auf 26°C zum Ende der Phase 5 an.The heat transfer temperature TH1A at the outlet of the HT1 tank is approximately 100 ° C at the beginning of phase 3 and decreases to 55 ° C at the end of this phase. The heat transfer medium temperature TN1A at the outlet of the container NT1 is approx. 35 ° C at the beginning of phase 3 and temporarily decreases to 22 ° C and slowly rises again to 26 ° C at the end of phase 5 .

Vorkühlphase 6 des Wärmeträgers: Für die folgende Vorkühlphase des Wärmeträgers werden die Ventile VN1A und VN2E, VN2A umgeschaltet, wobei der Wärmeträger erst durch den Behälter NT1 vorgekühlt und anschließend durch den Behälter NT2 gekühlt wird. Die Phase 6 des Behälters NT1 entspricht der des Behälters NT3 in der Phase 3, wie in Fig. 3 dargestellt ist.Pre-cooling phase 6 of the heat transfer medium: For the following pre-cooling phase of the heat transfer medium, the valves VN1A and VN2E, VN2A are switched over, whereby the heat transfer medium is first pre-cooled by the container NT1 and then cooled by the container NT2. Phase 6 of container NT1 corresponds to that of container NT3 in phase 3 , as shown in FIG. 3.

Die Wärmeträgertemperatur TH1A am Anfang des Behälters HT1 beträgt ca. 55°C am Anfang der Phase 6 und nimmt bis auf 53°C zum Ende der Phase 6 ab. Die Wärmeträgertemperatur TN1A des Behälters NT1 ist ca. 26°C am Anfang der Phase 6 und steigt langsam bis auf 34°C an.The heat transfer medium temperature TH1A at the beginning of the container HT1 is approx. 55 ° C at the beginning of phase 6 and decreases to 53 ° C at the end of phase 6 . The heat transfer medium temperature TN1A of the container NT1 is approx. 26 ° C at the beginning of phase 6 and slowly rises to 34 ° C.

Kriterien für den Wechsel der Phasen:
Das Ende der Ladephase 1, 4 bzw. 7 der Behälter NT1, NT2 bzw. NT3 ist erreicht, wenn der Temperaturunterschied zwischen den Wärmeträgertemperaturen am Ausgang TNxA und Eingang TNxE des Behälters NTx bei der Ladephase kleiner/gleich ΔT ist (x = 1,2,3) Die allgemeine Formel lautet TNxA - TNxE ← ΔT. Mit zunehmender Beladung nimmt die Geschwindigkeit der Wasserstoffabsorption ab und der Temperaturunterschied zwischen TNxA und TNxE wird kleiner. Die notwendige Temperaturdifferenz ΔA wird für die maximale Kälteleistung empirisch ermittelt. Hierbei spielen die Temperatur der thermischen Antriebsenergie, die Behälterkonstruktion sowie der Wärmeübergang zwischen Behälter und Wärmeträger eine Rolle. Für die untersuchten Behälter wurde beispielsweise eine Temperaturdifferenz von 2 K ermittelt.Criteria for changing phases:
The end of the loading phase 1 , 4 or 7 of the tanks NT1, NT2 or NT3 is reached when the temperature difference between the heat transfer temperatures at the TNxA outlet and the TNxE inlet of the NTx tank during the loading phase is less than or equal to ΔT (x = 1.2 , 3) The general formula is TNxA - TNxE ← ΔT. With increasing loading, the rate of hydrogen absorption decreases and the temperature difference between TNxA and TNxE becomes smaller. The necessary temperature difference ΔA is determined empirically for the maximum cooling capacity. The temperature of the thermal drive energy, the tank construction and the heat transfer between the tank and the heat transfer medium play a role here. For example, a temperature difference of 2 K was determined for the containers examined.

Das Ende der Abkühlungsphase 2, 5 und 8 des Behälters HT1, HT2 bzw. HT3 ist erreicht, wenn die Wärmeträgertemperatur am Ausgang THxA des Behälters HTx kleiner/gleich THc ist (x=1,2,3). Die allgemeine Formel lautet THxA ← THc. Der Behälter HTx hat bei dieser Temperatur THc den gleichen Druck wie der Behälter NTx bei Umgebungstemperatur (Fig. 6). Während der Phase 2 ist der Behälter NT1 im Wartezustand und im Behälter herrscht die Umgebungstemperatur, beispielsweise 35°C. Bei dieser Temperatur entsteht im Behälter ein Druck von 13 bar. Den gleichen Druck erreicht der Behälter HT1 bei einer Temperatur von ca. 100°C, wie in Fig. 6 zu sehen ist. D. h. THc ist vom Metallhydridmaterial und von der Umgebungstemperatur abhängig.The end of the cooling phases 2 , 5 and 8 of the HT1, HT2 and HT3 tanks is reached when the heat transfer medium temperature at the THxA outlet of the HTx tank is less than or equal to THc (x = 1,2,3). The general formula is THxA ← THc. The container HTx has the same pressure at this temperature THc as the container NTx at ambient temperature ( FIG. 6). During phase 2 , the container NT1 is in the waiting state and the ambient temperature prevails in the container, for example 35 ° C. At this temperature, a pressure of 13 bar is created in the container. The container HT1 reaches the same pressure at a temperature of approximately 100 ° C., as can be seen in FIG. 6. That is, THc depends on the metal hydride material and the ambient temperature.

Das Ende der Vorkühlungsphasen 3, 6 bzw. 9 der Behälter NT3, NT1 bzw. NT2 ist erreicht, wenn ein Temperaturunterschied zwischen der Wärmeträgertemperatur am Ausgang TNxA und Eingang TNxE des Behälters NTx kleiner/gleich ΔT ist (x=1,2,3) . Die allgemeine Formel lautet TNxE - TNxA ← ΔT. Mit zunehmender Entladung nimmt die Geschwindigkeit der Wasserstoffexsorption ab und der Temperaturunterschied zwischen TNxA und TNxE wird kleiner. Die notwendige Temperaturdifferenz ΔT wird für die maximale Kälteleistung empirisch ermittelt. Hierbei spielen die Temperatur der thermischen Antriebsenergie, die Behälterkonstruktion sowie der Wärmeübergang zwischen Behälter und Wärmeträger eine Rolle. Für die untersuchten Behälter wurde beispielsweise eine Temperaturdifferenz von 2 K ermittelt.The end of the pre-cooling phases 3 , 6 and 9 of the NT3, NT1 and NT2 tanks is reached when a temperature difference between the heat transfer medium temperature at the TNxA outlet and the TNxE inlet of the NTx tank is less than or equal to ΔT (x = 1,2,3) . The general formula is TNxE - TNxA ← ΔT. With increasing discharge, the rate of hydrogen absorption decreases and the temperature difference between TNxA and TNxE becomes smaller. The necessary temperature difference ΔT is determined empirically for the maximum cooling capacity. The temperature of the thermal drive energy, the tank construction and the heat transfer between the tank and the heat transfer medium play a role here. For example, a temperature difference of 2 K was determined for the containers examined.

Das 6-Behältersystem erlaubt eine Vorkühlung und Vorerhitzung. Damit kann der Beladungsgrad und anschließend die ausgenutzte Kälteenergie vergrößert werden (Fig. 10). Da die Vorkühlung und Vorerhitzung parallel zu den Vorgängen Kühlen und Erhitzen der beiden anderen Behälterpaare laufen, können die eigentlichen Lade- und Kältephasen für einen Behälter verkürzt und die Gesamtzyklusdauer konstant gehalten werden. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß hierdurch die Kälteleistung relativ um 26% verbessert werden kann.The 6-tank system allows pre-cooling and pre-heating. This allows the degree of loading and subsequently the utilized cooling energy to be increased ( Fig. 10). Since the pre-cooling and preheating run parallel to the cooling and heating processes of the other two pairs of containers, the actual charging and cooling phases for one container can be shortened and the overall cycle time can be kept constant. The test results show that the cooling capacity can be improved relatively by 26%.

Die Kältephase des 4-Behältersystems (Stand der Technik) dauert 422 Sekunden und es werden hierbei 78% des Energieinhalts ausgenutzt. Die Kältephase zusammen mit der Vorkühlungsphase des 6-Behältersystems (die Erfindung) dauert 436 Sekunden und es können hierbei 92% des Energieinhalts ausgenutzt werden (Fig. 10).The cold phase of the 4-container system (state of the art) lasts 422 seconds and 78% of the energy content is used here. The cold phase together with the pre-cooling phase of the 6-container system (the invention) lasts 436 seconds and 92% of the energy content can be used here ( FIG. 10).

Beim 4-Behältersystem (Stand der Technik) wird die Energie der Wärmequelle (beispielsweise Autoabgas) während der Abkühlung des Behälters (Phase 2 und 4) nicht ausgenutzt, da während dieses Vorganges das andere Behälterpaar die Kältephase durchläuft (Fig. 11). Der Energieausnutzungsgrad für ein 4-Behältersystem beträgt (8kJ+82kJ)/(82kJ+32kJ+36kJ+82kJ+32kJ+36kJ)_*100 =55%. Mit dem 6-Behältersystem (die Erfindung) wird die Abwärme über die gesamte Zyklusdauer ausgenutzt (238 kJ). Zusätzlich kann mit der Restenergie der Abwärme nach dem Austritt aus einem Hochtemperatur-Behälter ein anderer Hochtemperatur-Behälter während der Phasen 1, 4 und 7 vorerhitzt werden (10 kJ). Damit beträgt der Energieausnutzungsgrad (238kJ+10kJ)/(238kJ+10kJ+107kJ)_*100=70%, was eine Verbesserung des Energieausnutzungsgrades um 27% mehr als der derzeitige Stand der Technik bedeutet.In the 4-tank system (prior art), the energy of the heat source (e.g. car exhaust gas) is not used during the cooling of the tank (phases 2 and 4 ), since the other pair of tanks goes through the cooling phase during this process ( Fig. 11). The energy efficiency for a 4-tank system is (8kJ + 82kJ) / (82kJ + 32kJ + 36kJ + 82kJ + 32kJ + 36kJ) _* 100 = 55%. With the 6-tank system (the invention), the waste heat is used over the entire cycle duration (238 kJ). In addition, with the residual energy of the waste heat after leaving a high-temperature container, another high-temperature container can be preheated during phases 1 , 4 and 7 (10 kJ). The energy efficiency is thus (238kJ + 10kJ) / (238kJ + 10kJ + 107kJ) _* 100 = 70%, which means an improvement in energy efficiency by 27% more than the current state of the art.

Um diese Aufgaben zu lösen, wird eine neue thermisch angetriebene Metallhydrid-Sorptionskälteanlage entwickelt, die drei Metallhydrid-Behälterpaare umfaßt. Hierbei wird zusätzlich zur permanenten Kälteerzeugung die thermische Energie der Wärmequelle permanent ausgenutzt.To solve these tasks, a new one is thermal powered metal hydride sorption refrigeration system that developed comprises three pairs of metal hydride containers. Here is additional the thermal energy of the Heat source permanently used.

Ferner besitzt die neue thermisch angetriebene Metallhydrid- Sorptionskälteanlage die Verbesserung, daß der Wärmeträger mit der Restkapazität eines Behälters, der zuvor die eigentliche Kältephase durchlaufen hat, vorgekühlt werden kann. Hierdurch wird der Energieausnutzungsgrad in der Kältephase erhöht. Furthermore, the new thermally driven metal hydride Sorption refrigeration system the improvement that the heat transfer medium with the remaining capacity of a container that was previously the actual one Has gone through the cold phase, can be pre-cooled. Hereby the degree of energy utilization is increased in the cold phase.

Ferner besitzt die neue thermisch angetriebene Metallhydride Sorptionskälteanlage die Verbesserung, daß eine Vorerhitzungsphase der Hochtemperatur-Behälter vor der eigentlichen Ladephase erfolgt. Damit wird so viel wie möglich thermische Energie aus dem Wärmeträger entzogen.The new thermally driven metal hydride is also available Sorption refrigeration system the improvement that a Preheating phase of the high temperature container before the actual loading phase takes place. It will do as much as possible thermal energy withdrawn from the heat transfer medium.

Die thermisch angetriebene Sorptionskälteanlage umfaßt mindestens drei Behälterpaare, wobei jedes Behälterpaar in je eine Niedertemperatur- und Hochtemperaturseite (HTx, NTx) geteilt ist. Jede Leitung mit einem Wasserstoffventil verbindet die jeweilige Niedertemperatur- und Hochtemperaturseite des Behälterpaars. Die Sorptionskälteanlage arbeitet unter Vorerhitzphase, Ladephase, Abkühlphase, Kältephase und Vorkühlungsphase. Haben alle drei Behälterpaare ihre jeweiligen Phasen durchlaufen, kann ein permanenter, um 120° phasenverschobener, Kühlluftstrom am Wärmetauscher erreicht werden.The thermally driven sorption refrigeration system comprises at least three pairs of containers, each pair of containers in each a low temperature and high temperature side (HTx, NTx) is divided. Each line connects to a hydrogen valve the respective low temperature and high temperature side of the Pairs of containers. The sorption refrigeration system works under Preheating phase, charging phase, cooling phase, cold phase and Pre-cooling phase. Do all three pairs of containers have their respective Going through phases can be permanent, around 120 ° phase-shifted, cooling air flow at the heat exchanger reached will.

Claims

1.Thermally driven sorption refrigeration system with pairs of containers, each pair of containers being divided into a low-temperature and high-temperature side (HTx, NTx), lines ( 11 , 12 ) connecting the pairs of containers, valves (VWx) in these lines, a first heat transfer medium ( 17 ), which supplies the high-temperature containers (HTx) with the thermal energy during the loading phase of a low-temperature container (NTx), a second heat transfer medium ( 24 ), which cools the high-temperature containers (HTx) during a cooling phase and the low-temperature containers (NTx) during the charging phase, a third heat transfer medium ( 34 ), which transports the permanent cold during the cold phase from the low-temperature containers, characterized in that three pairs of containers (HT1, NT1, HT2, NT2, HT3, NT3) are used, the low-temperature containers (NTx) following a pre-cooling phase the actual cold phase to go through the heat transfer ger pre-cool the third heat transfer circuit, which is then cooled in another low-temperature container (NTx), and the high-temperature containers (HTx), which are heated for the charging phase of the associated low-temperature container, go through a preheating phase before the actual charging phase.

2. Thermally driven sorption refrigeration system after Claim 1, characterized in that the change from the Charging phase to the cooling phase takes place when there is a Temperature difference between the heat carrier temperature on Sets the output and input of the low temperature container that is less than or equal to a predetermined difference.

3. Thermally driven sorption refrigeration system after Claim 1, characterized in that the change from the Cooling phase to cold phase takes place when the Heat transfer temperature at the outlet of the high temperature container is less than / equal to a predetermined temperature (THc).

4. Thermally driven sorption refrigeration system after Claim 1, characterized in that the change from the Pre-cooling phase to loading phase takes place when there is a Temperature difference between the heat carrier temperature on Sets the output and input of the low temperature container that is less than or equal to a predetermined difference.